[發(fā)明專利]三級式無刷交流同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210324404.7
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102832865A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐國芬;周波;魏佳丹;秦顯慧;楊溢煒;張坤;錢東祥
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三級式無刷交流同步電機(jī)，特別涉及該電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)起動/發(fā)電系統(tǒng)的高速化、集成化、高可靠性和高功率密度是現(xiàn)代飛機(jī)電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。起動/發(fā)電系統(tǒng)使發(fā)電機(jī)與起動機(jī)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，從而革除了傳統(tǒng)的起動機(jī)，有效簡化了發(fā)動機(jī)附件，減輕了重量，提高了機(jī)動性和可靠性。

變頻交流電源系統(tǒng)是民用飛機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。新型變頻交流電源系統(tǒng)多采用三級式無刷交流同步電機(jī)，該電機(jī)包括主電機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)和永磁副勵(lì)磁機(jī)，借助旋轉(zhuǎn)整流器實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電機(jī)的無刷化。三級式無刷交流同步電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，向交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組中通入單相交流電，交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子三相繞組中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整流后為主電機(jī)提供勵(lì)磁，同時(shí)主電機(jī)的定子三相繞組中通入三相交流電，兩者產(chǎn)生的磁勢相互作用可使機(jī)組起動；作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，永磁發(fā)電機(jī)輸出三相交流電，經(jīng)外接整流器整流后為交流勵(lì)磁機(jī)提供直流勵(lì)磁，根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化，主電機(jī)將輸出不同頻率的三相交流電。

三級式無刷交流同步電機(jī)在航空電源系統(tǒng)中的發(fā)電控制技術(shù)已非常成熟，近年來國內(nèi)外學(xué)者針對三級式無刷交流起動/發(fā)電機(jī)的起動控制技術(shù)展開了研究。為了實(shí)現(xiàn)三級式無刷交流同步電機(jī)的起動控制，通常采用光電式和霍爾式位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信息。然而，在航空應(yīng)用中，惡劣的環(huán)境（如高溫、低溫、化學(xué)制品和震動）易引起位置傳感器連接器、電纜或傳感器零件等器件的故障，降低了轉(zhuǎn)子位置信息的精度以及系統(tǒng)的機(jī)械魯棒性；此外，電機(jī)體積的嚴(yán)格要求限制了傳感器的安裝空間，并且位置傳感器的信號傳輸易引入干擾。為解決這些問題，三級式無刷交流同步電機(jī)的無位置傳感器控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。三級式無刷交流同步電機(jī)采用矢量控制實(shí)現(xiàn)無位置傳感器起動時(shí)，轉(zhuǎn)子初始位置檢測直接影響電機(jī)能否順利起動，因此，三級式無刷交流同步電機(jī)的初始位置估計(jì)方法是無位置傳感器起動控制技術(shù)的關(guān)鍵。

常規(guī)的電勵(lì)磁同步電機(jī)初始位置估計(jì)方法主要包括：1)定子側(cè)不通電，轉(zhuǎn)子側(cè)投入直流勵(lì)磁，在轉(zhuǎn)子電流從零增大到穩(wěn)態(tài)值過程中檢測定子繞組中感應(yīng)電壓，計(jì)算磁通的幅值和相位，獲取轉(zhuǎn)子磁極位置；2)在靜止轉(zhuǎn)子繞組中通入交流電流或直流脈動電流方法，檢測定子三相短路繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流及轉(zhuǎn)子電流，構(gòu)造出一種初始轉(zhuǎn)子位置估計(jì)器。然而，三級式無刷交流同步電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，交流勵(lì)磁機(jī)若采用恒定的直流勵(lì)磁，交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子三相繞組中無法產(chǎn)生感應(yīng)電勢，主電機(jī)無法獲得勵(lì)磁電流，故主電機(jī)定子三相繞組中亦不能產(chǎn)生感應(yīng)電勢；交流勵(lì)磁機(jī)若采用單相交流勵(lì)磁，則主電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢是帶有缺口的饅頭波，并且主電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流不可直接測取。綜上，三級式無刷交流同步電機(jī)不能直接沿用常規(guī)的電勵(lì)磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)方法。目前，國內(nèi)外對三級式無刷交流同步電機(jī)的初始位置估計(jì)技術(shù)的研究甚少，文獻(xiàn)[1]～[3]提出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的三級式無刷交流同步電機(jī)的無傳感器控制策略，低速時(shí)采用信號注入法預(yù)估電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，中高速時(shí)采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器預(yù)估電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，但未提及電機(jī)靜止時(shí)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)方法；專利[4]中亦提出了一種新型的三級式無刷交流同步電機(jī)的無位置傳感器的控制方法，靜止及低速時(shí)采用旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法，中、高速時(shí)采用電壓模式的位置估計(jì)方法，但是低速時(shí)存在N、S極判斷的問題，而該專利中并未闡述N、S極的判斷方法。

其中提到的參考文獻(xiàn)分別是：

[1]L.Idkhajine,E.Monmasson,A.Maalouf.FPGA-based?Sensorless?controller?for?Synchronous?Machine?using?an?Extended?Kalman?Filter[C].EPE'09?13th?European?Conference?on,2009.

[2]A.Maalouf，L.Idkhajine,S.Le?Ballois,E.Monmasson.Field?programmable?gate?array-based?sensorless?control?of?a?brushless?synchronous?starter?generator?for?aircraft?application[J].Electric?Power?Applications,IET.2011(5):181~192.